ES2880745T3 - Sistema de control de emisiones móvil para motores diésel auxiliares - Google Patents

Sistema de control de emisiones móvil para motores diésel auxiliares Download PDF

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Abstract

Un sistema de reducción de emisiones (100) para reducir las emisiones de escape del buque, comprendiendo el sistema de reducción de emisiones: (a) un sistema de control de emisiones (104) colocado dentro de un alojamiento (120), teniendo el sistema de control de emisiones una entrada de escape (132) para recibir el escape de motor diésel y una salida de escape (152) y (b) un sistema de captura de emisiones (102) para capturar el escape del buque para su tratamiento caracterizado por que el sistema de captura de emisiones (102) incluye un ducto telescópico (106) que tiene dos extremos, teniendo el ducto telescópico (106) secciones telescópicas de diferente diámetro para permitir que las diversas secciones telescópicas se ajusten dentro de otra de manera telescópica, y donde un extremo del ducto telescópico (106) está adaptado para extenderse al buque para capturar el escape del buque y el otro extremo del ducto telescópico (106) está adaptado para conectarse a la entrada de escape (132) del sistema de control de emisiones (104).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de control de emisiones móvil para motores diésel auxiliares
Solicitudes relacionadas
Campo de la invención
La invención se refiere a un sistema móvil de reducción de emisiones y, en particular, a un sistema móvil de reducción de emisiones tóxicas transportadas por el aire para motores diésel auxiliares operados en buques (o barcos) oceánicos en el atraque.
Antecedentes de la invención
La California Air Resources Board ("CARB") ha adoptado un reglamento comúnmente llamado reglamento en el atraque, cuyo objetivo es reducir las emisiones desde los motores auxiliares diésel en los buques contenedores, buques de pasajeros y buques de carga refrigerada mientras atracan en un Puerto de California, definiendo el reglamento como los Puertos de Los Ángeles, Long Beach, Oakland, San Francisco y Hueneme. Otras jurisdicciones tienen o están considerando adoptar reglamentos similares. El reglamento en el atraque ofrece a los operadores de flotas de barcos que visitan puertos regulados dos opciones para reducir las emisiones desde los motores auxiliares en el atraque: (1) apagar los motores auxiliares y conectar el barco a alguna otra fuente de potencia, muy probablemente potencia costera basada en red; o (2) utilizar técnica(s) de control alternativa(s) que logren reducciones de emisiones equivalentes.
Las opciones actuales para conectarse a fuentes de potencia alternativas son a menudo engorrosas y caras y, en ocasiones, no están disponibles por un número de razones, incluyendo una o más de las siguientes razones: (i) buques no están conectados a potencia costera; (ii) las compañías navieras no quieren el gasto de conversión a potencia costera; (iii) las terminales no tienen potencia costera disponible; o (iv) la potencia costera está sobrecargada y no puede proporcionar una demanda adicional.
En la actualidad, se dispone de pocas o ninguna técnica de control alternativa que consiga reducciones de emisiones equivalentes. Por lo tanto, existe una necesidad de alternativas asequibles a las conexiones de potencia costera. En ausencia de tal solución económica, algunos barcos no podrán atracar en puertos importantes (tal como los de California), afectando así negativamente a los negocios de los buques. Además, los puertos sujetos al reglamento y/o reglamentos en el atraque de CARB, u otras restricciones similares, también se verán afectados negativamente: no solo perderán negocios con los buques que no cumplan o no puedan cumplir con las restricciones o reglamentos aplicables, sino también se verán obstaculizados en la expansión del negocio al atraer buques al muelle que similarmente no cumplen con las normas.
La publicación de solicitud de patente US 2011/265449 A1 describe un sistema de captura de gases de escape para capturar los gases de escape emitidos por motores auxiliares, calderas auxiliares y otras fuentes en un Barco Oceánico (Ocean Going Vessel, OGV, en inglés) mientras está en el atraque o anclado para que estos gases puedan ser transportados a un sistema de tratamiento de emisiones para la retirada de contaminantes del aire y/o gases de efecto invernadero. El sistema de captura de gases de escape incluye un colector y una familia de ductos flexibles de flujo paralelo para conectarse directamente a tuberías de escape OGV individuales. El sistema de captura de gases de escape incluye además un aparato para conectar los ductos flexibles de flujo paralelo a las tuberías de escape OGV.
Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención obviar o mitigar al menos una de las desventajas y deficiencias de la técnica anterior relacionada.
Este objeto se resuelve mediante la presente invención según lo reivindicado en las reivindicaciones independientes adjuntas. Las realizaciones particulares de la presente invención se definen mediante las reivindicaciones dependientes adjuntas.
El alcance de la presente invención está definido en las reivindicaciones adjuntas. Las realizaciones y/o ejemplos mencionados en la siguiente descripción que no caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas deben interpretarse como ejemplos comparativos útiles para comprender la presente invención.
Se proporciona un sistema móvil de reducción de emisiones que permite a un buque en el atraque operar su motor diésel auxiliar o sus motores con emisiones reducidas. Como tal, el sistema de reducción de emisiones permite el cumplimiento de los reglamentos aplicables y/o restricciones sobre emisiones, tal como el reglamento CARb u otras restricciones o reglamentos similares. La presente invención proporciona una alternativa eficiente, económica y las regulaciones a la potencia costera (es decir, un Equivalente Alternativo de Potencia Marítima) de atraques para buques oceánicos que no pueden o deciden no utilizar la potencia costera. Asimismo, la invención es útil incluso cuando un buque no está regulado para potencia costera, pero que le gustaría operar con impactos ambientales mínimos. La invención se refiere directamente a la chimenea del motor diésel auxiliar del buque y comprende dos elementos esenciales: un sistema de captura de emisiones y un sistema de control de emisiones.
En un ejemplo, el escape de motor diésel es capturado por un sistema de captura de emisiones, que se conecta a la chimenea del motor diésel auxiliar del buque en un extremo y al sistema de control de emisiones en el otro extremo. El sistema de captura de emisiones comprende un ducto telescópico que puede ser manipulado por una grúa telescópica.
La grúa puede ubicarse o en un camión o en una unidad móvil independiente para que sea móvil, o alternativamente puede montarse sobre una torre estacionaria. El escape capturado por el sistema de captura de emisiones luego se alimenta a un sistema de control de emisiones capaz de controlar las emisiones. El sistema de control de emisiones se coloca dentro de un alojamiento que está montado sobre un chasis, que permite que el chasis se mueva junto a un buque en el atraque por un vehículo (tal como un remolcador), para permitir la instalación y retirada. El sistema de control de emisiones tiene una entrada de escape para recibir el escape de motor diésel y una salida de escape para el aire limpio. Como alternativa, el sistema de reducción de emisiones puede estar montado sobre una barcaza que flota junto a un buque, en lugar de sobre un vehículo costero.
Además, se proporciona un método que permite que los buques en el atraque utilicen técnica(s) de control alternativa(s) que logren reducciones de emisiones equivalentes. El método comprende las etapas de incorporar un sistema de control de emisiones sobre un chasis o barcaza móvil que se puede remolcar o flotar junto a un buque en el atraque y conectado a la salida de escape de motor diésel. A continuación, se puede conectar un sistema de captura de escape al escape de barcos para capturar el escape de diésel del barco. El sistema de captura luego proporciona el escape al sistema de control de emisiones para tratar el escape y emitir aire conforme a las regulaciones desde una salida de escape ubicada en el sistema de control de emisiones.
Otros dispositivos, aparato, sistemas, métodos, características y ventajas de la invención son o resultarán evidentes para un experto en la materia tras el examen de las siguientes figuras y descripción detallada. Se pretende que todos tales sistemas adicionales, métodos, características y ventajas que se incluyan dentro de esta descripción, estén dentro del alcance de la invención y que estén protegidos por las reivindicaciones adjuntas.
Descripción de las figuras
La invención puede entenderse mejor con referencia a las siguientes figuras. Los componentes en las figuras no están necesariamente a escala, poniéndose en su lugar el énfasis en la ilustración de los principios de la invención.
La figura 1 es un diagrama de flujo de ejemplo de un sistema de reducción de emisión.
La figura 2 es una vista en alzado de un ejemplo de una implementación de un sistema de reducción de emisiones de la presente invención donde el sistema de control de emisiones está montado en un tráiler móvil y el sistema de captura de emisiones es una grúa telescópica.
La figura 3 es una vista en alzado lateral de un ejemplo de implementación del sistema de captura de emisiones comprendido por la presente invención.
La figura 4 es una vista en alzado de un ejemplo de una implementación del sistema de captura de emisiones que ilustra la grúa y el sistema de control de emisiones extendido.
La figura 5 es una vista en alzado de un ejemplo del sistema de control de emisiones de la presente invención con el alojamiento retirado, montado sobre un chasis unido a un remolcador.
La figura 6 es una vista esquemática en planta de un ejemplo del sistema de control de emisiones de la invención con el alojamiento retirado.
La figura 7 es otra vista esquemática en planta de un ejemplo del sistema de control de emisiones de la invención, con el alojamiento retirado, montado sobre un chasis unido a un remolcador.
La figura 8 es una vista esquemática en alzado posterior de un ejemplo del sistema de control de emisiones que comprende un ejemplo de implementación de la invención, con el alojamiento retirado, montado sobre un chasis. La figura 9 ilustra un ejemplo de cómo los filtros cerámicos se disponen en un alojamiento de filtro.
La figura 10 ilustra un ejemplo de flujo de gas y retirada de partículas a través de los elementos de filtro cerámicos de la figura 10.
La figura 11 es una sección transversal de un ejemplo de un elemento de filtro cerámico incrustado en catalizador.
La figura 12 es un gráfico que ilustra la eficacia de captura de un ejemplo de la invención.
La figura 13 es un gráfico que ilustra el rendimiento de retirada de partículas de un ejemplo de la invención.
La figura 14 es un gráfico que ilustra el rendimiento de retirada de óxidos de nitrógeno de un ejemplo de la invención.
La figura 15 es un gráfico que ilustra la reducción de emisiones de dióxido de carbono utilizando plasma a baja temperatura.
La figura 16 es un diagrama esquemático de un sistema para reducir las emisiones de dióxido de carbono mediante un proceso de algas.
La figura 17 ilustra cómo funciona el proceso de las algas de la figura 16 para reducir las emisiones de dióxido de carbono.
Descripción detallada
Como se ilustra por las figuras 1-10, la presente invención se refiere a un sistema de reducción de emisiones 100 que es capaz de reducir las emisiones desde los motores para permitir el cumplimiento de los reglamentos aplicables que rigen las emisiones, tal como los requisitos del reglamento CARB. Como se muestra en las figuras 1 y 2, el sistema de reducción de emisiones 100 comprende tanto un sistema de captura de emisiones 102 como un sistema de control de emisiones 104.
Como se ilustra por la figura 1, el sistema de captura de emisiones 102 extiende un ducto de servicios públicos 106 sobre la chimenea de escape del buque 103 para capturar el escape del motor diésel auxiliar 105. El ducto 106 incluye un conector y/o un adaptador de chimenea 108 que conecta el ducto de servicios públicos al escape 106. El ducto 106 se extiende sobre la chimenea de escape del buque 103 utilizando una grúa o brazo 118 que puede ser móvil o fijo. Los expertos en la materia reconocerán que se puede utilizar cualquier sistema de captura que sea capaz de capturar una cantidad suficiente de emisiones para que el escape, una vez tratado por el sistema de control de emisiones 104, cumpla con las regulaciones, sin apartarse del alcance de la invención.
El sistema de control de emisiones 104 recibe el escape desde el motor diésel auxiliar del buque 105 para procesarlo desde el ducto 106. El sistema de control de emisiones 104 puede estar contenido sustancialmente dentro de un alojamiento 120 (véase la figura 2) y puede moverse a través del sistema a través de un conjunto de ductos de servicios públicos 138.
Como se muestra en la figura 1, se puede usar un quemador de recalentamiento 107 para recalentar el escape. Los sensores 116 también se pueden colocar cerca de la entrada del escape para monitorear los niveles de materia particulada (PM), óxidos de nitrógeno (NOx), dióxido de carbono (CO2), amoníaco (NH3), contenido de agua y oxígeno (O2), temperatura y flujo de aire antes. Los sensores 116 pueden estar ubicados en una porción del ducto 106 antes o después de la entrada al alojamiento 120. También se puede incluir un puerto de inyección de amoníaco acuoso o alimentación 118 para tratar el escape como se describe más adelante. El amoníaco acuoso se puede suministrar a través de un tanque de almacenamiento 128.
A continuación, el escape se puede filtrar en un alojamiento de filtro 142, utilizando aire comprimido 156 para limpiar periódicamente los filtros. El sistema 104 puede ser energizado por un generador 162. Los residuos se recogen 148 y el escape procesado se emite luego a través de la chimenea de escape del sistema de control de emisiones 152. Puede usarse un ventilador 136 para tirar del escape a través del conjunto de ducto de servicios públicos y hacia fuera de la chimenea de escape del sistema de control 152. El sistema puede incluir además monitores 154 para monitorear los niveles de material particulado (PM), óxidos de nitrógeno (NOx), dióxido de carbono (CO2), amoníaco (NH3), contenido de agua y oxígeno (O2), temperatura y flujo de aire antes del escape después del tratamiento.
En la figura 2 se puede ilustrar un ejemplo de implementación del sistema de control de emisiones 100 de la presente invención. La figura 2 es una vista en alzado de un ejemplo de una implementación de un sistema de reducción de emisiones 100 de la presente invención donde el sistema de captura de emisiones 102 está montado en un brazo/grúa telescópico/a 118 (como se describe adicionalmente en conexión con las figuras 3-5). En este ejemplo, el sistema de captura de emisiones 102 incluye un ducto telescópico 106 dimensionado para coincidir con las partes telescópicas sobre la grúa telescópica 112, de tal modo que el ducto 106 pueda expandirse y retraerse con el movimiento de la parte telescópica de la grúa 112 (como se describe más detalladamente en relación con las figuras 3-4 a continuación). A modo de ejemplo, la grúa telescópica 112 puede montarse en un camión o puede ser una grúa sobre cadenas telescópica (como se muestra) o una grúa telescópica sobre orugas.
Se reconoce que, además de montar un ducto telescópico en una grúa telescópica, el ducto 106 puede montarse o fijarse a cualquier tipo de grúa que pueda maniobrar el ducto 106. El sistema de captura de emisiones 102 también puede montarse en un camión para hacerlo móvil, por lo que el camión incluye una grúa 112.
El sistema de captura de emisiones 102 incluye un ducto 106 de una longitud que puede extenderse entre la chimenea de escape 103 del buque 107 y el sistema de control de emisiones 104. El ducto 106 incluye una conexión 108 (figura 1) o adaptador de chimenea que se conecta en un extremo a la chimenea 103 de un motor diésel auxiliar 105 del buque y en el otro extremo al sistema de control de emisiones 104.
Como se ilustra por las figuras 2-4, el ducto 106 es un ducto telescópico 106 que tiene ductos de diferente diámetro para permitir que las diversas piezas encajen dentro de cada una de manera telescópica. Como se estableció anteriormente, el ducto 106 puede ser rígido en un extremo (el extremo que se conecta al sistema de control de emisiones 104). En el otro extremo, el ducto se conecta al escape de diésel del buque a través del dispositivo de conexión 108.
Las figuras 3-4 ilustran un ejemplo de ducto telescópico 106 montado sobre una grúa sobre cadenas telescópica 300. En particular, La figura 3 es una vista en planta de un ejemplo de implementación del sistema de captura de emisiones 102 comprendido por la presente invención. La figura 4 es una vista en alzado lateral de un ejemplo de implementación del sistema de captura de emisiones 102 comprendido por la presente invención.
Como se ilustra en las figuras 3 y 4, la grúa 300 generalmente incluye un chasis 302, una cabina de operación 304, un cilindro abatible 306, un aguilón telescópico 308 y un bloque de gancho 310 u otro accesorio de extensión. El aguilón telescópico 308 incluye múltiples secciones telescópicas (por ejemplo, primera, segunda, tercera, cuarta, a n número de secciones) que tienen extremos que se retraen y se extienden dentro y fuera de la sección telescópica 314 anterior.
El ducto telescópico 106 también incluye diversas secciones telescópicas que corresponden en longitud y ubicación a las secciones telescópicas 314 del aguilón 308. En el ejemplo, el aguilón 308 tiene primera 316, segunda 318, tercera 320 y cuarta 322 secciones telescópicas y el ducto telescópico 106 también tiene la correspondiente primera 332, segunda 334, tercera 336 y cuarta 338 secciones telescópicas. La primera sección telescópica 332 del ducto 106 está montada sobre la grúa por encima de la primera sección 316 del aguilón telescópico 308 de la grúa 300. Los extremos de cada sección 332, 334, 336 y 338 del ducto telescópico 106 también se montan luego en los extremos de las secciones correspondientes del aguilón telescópico 316, 318, 320 y 322, por, por ejemplo, conectores 340. De esta manera, las secciones telescópicas del ducto 106 se mueven con las secciones telescópicas del aguilón 308 de la grúa 300. Este movimiento del ducto 106 con la grúa se ilustra mejor en la figura 5.
El ducto 106 también puede incluir un extremo flexible que puede incluir un codo articulado o ser capaz de doblarse para montarse sobre el árbol de escape 103 del buque 107. Puede usarse un accesorio 310 en el extremo del aguilón 308 para bajar el ducto 106 sobre la chimenea 103 como se ilustra en la figura 2.
Como se ilustra en la figura 4, las secciones telescópicas del ducto 106 se mueven con las secciones telescópicas del aguilón 308 de la grúa 300. El aguilón 308 tiene primera 316, segunda 318, tercera 320 y cuarta 322 secciones telescópicas y el ducto telescópico 106 también tiene la correspondiente primera 332, segunda 334, tercera 336 y cuarta 338 secciones telescópicas. Los extremos de cada sección 332, 334, 336 y 338 del ducto telescópico 106 también se montan luego en los extremos de las secciones correspondientes del aguilón telescópico 316, 318, 320 y 322, por, por ejemplo, conectores 340, de tal modo que cuando el aguilón telescópico 308 se expande, el ducto telescópico 106 se expande.
Como se ilustra en las figuras 2-4, el bloque de gancho de la grúa puede ser reemplazado por otro componente que pueda acomodar ductos 106 adicionales y que pueda ayudar mejor a maniobrar el ducto 106 sobre la chimenea de escape 103 del buque. El componente o accesorio puede funcionar como una quinta sección 202 del aguilón 308 que puede soportar otra sección 204 del ducto 106 que tiene un conector o adaptador 108 que puede colocarse en el extremo del ducto 106 para conectar el ducto 106 a la chimenea de escape del buque 105. Esta sección 204 del ducto 106 puede incluir un codo de articulación 206 para mover el ducto 106 hacia abajo sobre la chimenea de escape del buque 105. Durante su operación, el ducto 106 está conectado a la chimenea 105 de escape del motor diésel 107 y el escape diésel se extrae desde el buque a través del ducto 106 y al sistema de control de emisiones 104.
Las figuras 5-8 ilustran un ejemplo de un sistema de control de emisiones 104 de la presente invención. Como se ilustra por las figuras, el sistema de control de emisiones 104 puede ser un sistema de filtración de gas caliente para el escape generado por la operación de los motores diésel auxiliares del buque mientras el buque está en el atraque. Esta implementación de la invención es solo un ejemplo de un sistema que reduce las emisiones y que puede usarse para cumplir con los requisitos de regulaciones, tales como los requisitos CARB. Los expertos en la materia reconocerán que cualquier sistema de control de emisiones puede colocarse dentro del alojamiento 120 que sea capaz de limpiar el escape para que cumpla con las regulaciones sin apartarse del alcance de la invención.
La figura 5 es un alzado de un ejemplo del sistema de control de emisiones 104 de la presente invención con el alojamiento 120 retirado, montado sobre un chasis 122 unido a un remolcador 124. Como se muestra en la figura 5, el sistema de control de emisiones 104 puede estar contenido dentro de un alojamiento 120, cuyas paredes se han eliminado con el fin de ilustrar los componentes individuales del sistema de control de emisiones 104. El sistema de control de emisiones 104 puede montarse sobre el chasis 122 que puede ser remolcado junto a un buque en el atraque por un vehículo remolcador estándar 124. El alojamiento 120 está dimensionado para caber en un chasis disponible comercialmente, tráiler o barcaza 122. En este ejemplo ilustrado, el alojamiento 120 puede tener una huella equivalente de aproximadamente 21,33 cm por 133,35 cm (8,5' por 52,5'). Los expertos en la materia reconocerán que pueden usarse alojamientos de otros tamaños; sin embargo, es deseable que el alojamiento 120 encaje sobre un chasis o barcaza 122 disponible comercialmente.
Cuando un buque está en el atraque, el sistema de control de emisiones 104 está conectado a la salida de escape de diésel del buque 103 mediante uno de los tipos de sistema de captura de emisiones 102 descritos anteriormente, de modo que el escape de motor del buque se pueda extraer a través del sistema de control de emisiones 104, tratar y emitir como aire limpio desde la salida de escape del sistema de control de emisiones 152. El sistema de reducción de emisiones 100, que emplea un sistema de control de emisiones 102 tal como el que se describe con más detalle a continuación, puede permanecer en operación continua mientras los motores del buque están en marcha. El sistema de reducción de emisiones 100 puede desconectarse del buque 107 antes de que salga del puerto.
El sistema de control de emisiones 104 toma el escape de motor diésel, lo somete a tratamiento y lo libera como aire limpio que cumple con las regulaciones y/o que tienen emisiones reducidas. En este ejemplo, el sistema de control de emisiones 104 está configurado en dos niveles dentro del alojamiento 120: un nivel inferior 170 y un nivel superior 180.
En el ejemplo ilustrado, el sistema de control de emisiones 104 es operado por un control de sistema 126, y puede ser energizado por un generador 162, mostrado en la figura 7. El escape de diésel se trata inicialmente con amoníaco acuoso (por ejemplo, amoníaco acuoso al 19 %) y sorbente seco. El amoníaco acuoso puede inyectarse en la corriente de escape antes de que se introduzca en el sistema de reducción de emisiones 104, aunque los expertos en la materia reconocerán que esta inyección también puede ocurrir después de que el escape entre al sistema de reducción de emisiones 104 y antes de que entre en el alojamiento de filtro cerámico 142, como se muestra en la figura 10. El amoníaco acuoso puede almacenarse dentro del alojamiento 120 en un contenedor 128 y bombearse al flujo de escape a través de un puerto de inyección 118, mostrado en la figura 6, por una bomba 130.
El escape se introduce en el sistema de control de emisiones 104 a través de un ducto de entrada de escape 132. Esto puede ser mediante un ventilador 136 (figura 1). El escape entra primero en un quemador 134 energizado por un tren de gas de quemador y un sistema de control 126, donde se calienta a una temperatura de entre 176,6 °C a 510 °C (350 a 950 °F), con el fin de permitir un tratamiento óptimo. Un conjunto de ducto de servicios públicos 138 se conecta directamente a la salida del quemador 134, que se conecta a un alojamiento de filtro cerámico 142. Antes de entrar en el alojamiento de filtro cerámico 142, el sorbente seco (por ejemplo, bicarbonato de sodio, trona o cal) se inyecta mediante un inyector de sorbente seco y se alimenta 140.
Después de entrar en el alojamiento de filtro cerámico 142, los filtros cerámicos 144 tratan adicionalmente el escape, ilustrado en las Figuras 9-11. Debajo del alojamiento de filtro hay una tolva de retén de residuos 148 a la que se accede por múltiples puertos de acceso 150. A continuación, el sistema 104 emite el escape tratado a través de una chimenea de salida de escape 152 como aire limpio. Este escape tratado puede ser monitoreado para el cumplimiento de las regulaciones por diversos monitores 154 ubicados en la chimenea de salida de escape 152, mostrado en la figura 8. Puede montarse una escalera de acceso (no mostrada) dentro del alojamiento 120, permitiendo el acceso a todas las partes del sistema de control de emisiones 100.
Otros elementos del sistema pueden incluir un compresor de aire 156 para proporcionar flujo de aire comprimido al sistema, tanque de combustible 158, una sala de control 160 y un generador 162, como se muestra en la figura 7.
Como se muestra en la figura 6, los sensores 116 que monitorean la materia particulada (PM), óxidos de nitrógeno (NOx), dióxido de carbono (CO2), la temperatura y el flujo de aire antes de la entrada del escape en el sistema de control de emisiones 104 pueden estar ubicados en una porción del ducto 106, así como un puerto de inyección de amoníaco acuoso 118 usado para tratar el escape como se describe a continuación. Los expertos en la materia reconocerán que estos sensores y el puerto de inyección de amoníaco acuoso también podrían estar situados en otros lugares a lo largo del ducto 106 o dentro del propio sistema de control de emisiones 104, por ejemplo, en el conjunto de ducto de servicios públicos 138 ubicado dentro del alojamiento 120.
Durante su operación, el escape de motor auxiliar es capturado por el sistema de captura de emisiones 102, que está diseñado para capturar el escape de motor diésel auxiliar del buque y transportarlo al sistema de control de emisiones 104. Se extrae una solución acuosa de amoníaco de la unidad de almacenamiento de amoníaco 128 mediante una bomba 130, que se atomiza y luego se pulveriza en el escape, donde se mezcla con NOx en la corriente de escape. Como se señaló anteriormente, esta inyección puede ocurrir antes de la entrada de la corriente de escape en el sistema de control de emisiones 104 o después de que entre en el sistema 104. Después de ser inyectado con el pulverizador de amoníaco acuoso, el escape se introduce directamente en el sistema de control de emisiones 104 a través de la entrada de escape 132. Esto puede ser realizado usando un ventilador 136 (figura 1). El escape es calentado primero por el quemador 134, donde se calienta a la temperatura apropiada. Después de dejar el quemador 134, el escape viaja a través del conjunto de ductos de servicios públicos 138. Mientras el escape está viajando a través del conjunto de ductos de servicios públicos 138, el sorbente seco se inyecta en el escape mediante un sistema inyector de sorbente 140. El sorbente seco puede almacenarse en un contenedor de almacenamiento de sorbente seco (no mostrado) ubicado dentro del alojamiento 120 o fuera de él. El sorbente seco reacciona con SO2 , SO3 y HCl para formar partículas sólidas que son capturadas por los elementos de filtro cerámicos 144. La corriente de escape entra entonces en el alojamiento de filtro cerámico 142 que contiene elementos de filtro cerámicos incrustados en catalizador 144, donde el sorbente añadido se deposita continuamente en las paredes de los elementos de filtro cerámicos 144 y sirve como zona de retirada de PM. El restablecimiento de la caída de presión baja en los elementos de filtro se logra enviando periódicamente un pulso de aire comprimido proporcionado por el compresor 156 al grupo de elementos de filtro cerámicos 144 mientras el sistema 104 está en operación. La operación hace que la capa exterior de partículas que se deposita en los filtros cerámicos caiga en el retén de residuos 148, donde se retira y se almacena en un contenedor de almacenamiento de residuos (no mostrado).
Los otros gases, incluyendo NOx y amoníaco (NH3), penetran en los elementos filtrantes incrustados en catalizador 144. Sobre la superficie del catalizador, el NOx reacciona con el NH3 y se reduce a nitrógeno diatómico (N2) y vapor de agua. A continuación, el escape limpio se expulsa a la atmósfera a través de la chimenea de salida de escape 152.
La figura 9 ilustra además el proceso mediante el cual el sistema de control de emisiones 104 trata el gas contaminante recogido. El gas contaminante pasa al sistema 104 a través de una entrada de escape 132, donde el sorbente seco puede ser inyectado en el ducto por el sistema inyector de sorbente 140, donde inmediatamente comienza a reaccionar con SO2 , SO3 y HCl para formar PM que será capturado por los elementos de filtro cerámicos 144 ubicados en el alojamiento de filtro cerámico 142. El amoníaco acuoso se atomiza y pulveriza en el ducto mediante el sistema inyector de amoníaco 118, donde se convierte en gas y se mezcla con NOx. Esta mezcla no se ve afectada por la PM procesada o el sorbente. La corriente de gas pasa luego al alojamiento de filtro cerámico 142, donde la PM procesada y el sorbente son capturados en la superficie exterior de los elementos de filtro cerámicos 144. Los filtros se limpian periódicamente con una ráfaga de aire comprimido procedente de una purga de aire comprimido 140 (figuras 1 y 5) mientras el alojamiento de filtro 142 permanece en línea. La mezcla de NOx y amoníaco reacciona sobre la gran superficie de nanocatalizadores incrustados en las paredes de los elementos de filtro cerámicos 144.
La mezcla está libre de PM que pueden cegar o envenenar el catalizador, por lo que la reacción puede ocurrir de manera más eficiente y en un rango de temperatura mucho más amplio. El NOx se descompone en N2 inofensivo y vapor de agua, que salen del sistema a través de la chimenea de salida de escape 152.
La figura 10 ilustra los elementos de filtro cerámicos 144 de una implementación de la invención 100, dispuestos en el alojamiento de filtro cerámico 142, así como el flujo de los gases de escape tratados a través del alojamiento de filtro cerámico 142. El gas de escape, que ha sido inyectado con sorbente seco y amoníaco acuoso, entra en el alojamiento de filtro cerámico 142 por una entrada 164, donde se pone en contacto con los elementos de filtro cerámicos 144, que tienen la forma de tubos alargados dispuestos verticalmente dentro del alojamiento de filtro cerámico 142. La PM y sorbente son capturados en la superficie exterior de estos elementos de filtro cerámicos 144, que se limpian periódicamente con una ráfaga de aire comprimido procedente de una purga de aire comprimido (no mostrada) controlada por un colector de aire comprimido 168 mientras el alojamiento de filtro permanece en línea. La mezcla de NOx y amoníaco reacciona sobre la gran superficie de nanocatalizadores incrustados en las paredes de los elementos de filtro cerámicos 144. El NOx se descompone en N2 inofensivo y vapor de agua, que salen por la parte superior del alojamiento de filtro cerámico 142 a través de una salida 170. Un taladro de tolva 172 recoge la PM y el sorbente soplado hacia abajo por la purga de aire comprimido (no mostrada) que limpia periódicamente los elementos de filtro cerámicos 144, moviéndolos a una salida de residuos 174.
La figura 11 ilustra una vista en sección transversal de uno de los elementos de filtro cerámicos 144 y representa el catalizador incrustado 178. El elemento de filtro cerámico 144 captura la mayor parte de la PM por impacto inercial, interceptación, difusión browniana y tamizado sobre partículas ya recogidas que han formado una capa de polvo 180 sobre el elemento de filtro cerámico 144. El sorbente añadido se deposita continuamente sobre las paredes del elemento de filtro cerámico 144 y sirve como zona de retirada de las partículas de PM.
La figura 12 es un gráfico 1200 que muestra la eficacia de captura de emisiones de diversos prototipos de la presente invención a partir de pruebas realizadas en cinco barcos durante un promedio de 44 horas por barco. Los datos de rendimiento ilustrados en el gráfico muestran una eficacia de captura de más del 90 % para cada barco y una eficacia de captura promedio del 91,0 % que ha sido certificada por el CARB para una eficacia de captura del 90 %.
La figura 13 es un gráfico que muestra los datos de rendimiento para la retirada PM de las pruebas realizadas en seis barcos durante un promedio de 50 horas por barco. El gráfico muestra una retirada de PM promedio del 99,5 % que ha sido certificada por el CARB para retirada de PM del 90 %. La salida de PM (mg/m3) se muestra en la línea 1302, la entrada de PM (mg/m3) se muestra en la línea 1302 y la reducción de PM (mg/m3) se muestra en la figura 13.
La figura 14 es un gráfico que muestra los datos de rendimiento para la retirada de NOx de las pruebas realizadas en siete barcos durante un promedio de 52 horas por barco. El gráfico muestra una retirada de NOx promedio del 91,4 % que ha sido certificada por el CARB para retirada de eficacia de captura del 90 %. La salida de NOx (mg/m3) se muestra en la línea 1402, el deslizamiento de amoníaco (ppm) se muestra en la línea 1406, la entrada de NOx (mg/m3) se muestra en la línea 1408 y la retirada de NOx (mg/m3) se muestra en la línea 1410 en la figura 14.
Si bien el ejemplo anterior ilustra el sistema de control de emisiones 100 de la presente invención montado sobre un chasis 112 remolcado por un remolcador 124, el sistema de control de emisiones puede colocarse directamente en tierra o en el muelle o puede montarse en una barcaza que puede remolcarse junto a un barco en el atraque.
Sin limitar el alcance de la invención, el sistema de control de emisiones 104 puede combinarse con cualquiera de las varias tecnologías existentes para facilitar la reducción de CO2 desde la corriente de gases de escape hasta los niveles que cumplen las regulaciones. Por ejemplo, se puede utilizar un método de plasma a baja temperatura, como se ilustra en la figura 15, o un CO2 al proceso de algas se puede utilizar en el sistema de control de emisiones, como se ilustra por las figuras 16 y 17.
La figura 15 es un gráfico 1500 que ilustra la reducción de emisiones de dióxido de carbono utilizando plasma a baja temperatura. En el ejemplo que se muestra en la figura 15, el gas fuente 1502 pasa a través de un condensador 1504, luego un reactor primario 1506. Desde el reactor primario 1508, el gas pasa a la cámara de expansión 1508, deflector de expansión 1510 y cámara de celulosa 1512 y luego al ESP 1514. Desde allí, el gas 1516 pasa al intercambiador LOM 1516 y luego a un segundo reactor 1518, resultando en gas tratado 1520.
La figura 16 es un diagrama esquemático 1600 de un ejemplo de un sistema para reducir las emisiones de dióxido de carbono mediante un proceso de algas. La figura 17 ilustra cómo funciona el proceso de las algas de la figura 16 para reducir las emisiones de dióxido de carbono. El proceso 1700 implica cuatro etapas básicas, como se ilustra en ambas figuras 16 y 17. Dando luz, CO2, agua y nutrientes, incluyendo, NOx, el cultivo de algas crecerá consumiendo gas de combustión hasta que alcance un punto de ajuste de densidad óptica (OD) donde la luz ya no pueda penetrar las microalgas del cultivo comercial. En la etapa dos, en el punto de ajuste de OD, la válvula de drenaje del biorreactor se abre automáticamente y el 10 % del tanque fluye por gravedad hacia un tanque de decantación. Se utilizan agentes coagulantes/floculantes para deshidratar el cultivo en el tanque de decantación y se drena el agua de decantación, filtrada y reciclada al biorreactor. En el tercer ajuste, se agregan nutrientes sostenibles y agua de reposición. La lechada de algas en la cámara de deshidratación se bombea a través de un secador por pulverizador, convertida en polvo, envasada al vacío y almacenada para su envío. Esta operación cicla cada 90 minutos, mitiga las emisiones de gases de efecto invernadero las 24 horas del día, los 7 días de la semana y produce entre 18,1-34 kg (40-75 libras) de algas y 339,8 metros cúbicos (12.000 pies cúbicos) de oxígeno por día para la venta de un biorreactor. Esta operación mitiga las emisiones de CO2 y NOx de escape de gases de combustión.
La presente invención también proporciona un método para tratar el escape de los motores diésel auxiliares operados por los buques oceánicos en el atraque. El método incluye la etapa de proporcionar un sistema de tratamiento de escape móvil que puede ubicarse junto al buque y que puede permanecer en operación continua mientras los motores del buque están en funcionamiento. El método comprende las etapas de incorporar un sistema de control de emisiones 104 dentro de un alojamiento 120, conectar el sistema de control de emisiones 104 a la chimenea 103 del motor diésel 105 del buque 107 mediante un sistema de captura de emisiones 102 que permite que el escape desde el motor diésel pase a través del sistema de control de emisiones 104 y emita aire conforme a las regulaciones desde el escape salida 103 del buque 107 cuando el buque 107 está en el atraque.
Si bien las descripciones anteriores se describen en operación con los motores auxiliares del buque, el sistema se puede utilizar con cualquiera de los motores de buques. La descripción anterior de una implementación de la invención se ha presentado con fines ilustrativos y descriptivos. No es exhaustivo y no limita las invenciones reivindicadas a la forma precisa divulgada. Son posibles modificaciones y variaciones a la luz de la descripción anterior o pueden adquirirse practicando la invención. Las reivindicaciones definen el alcance de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de reducción de emisiones (100) para reducir las emisiones de escape del buque, comprendiendo el sistema de reducción de emisiones:
(a) un sistema de control de emisiones (104) colocado dentro de un alojamiento (120), teniendo el sistema de control de emisiones una entrada de escape (132) para recibir el escape de motor diésel y una salida de escape (152) y
(b) un sistema de captura de emisiones (102) para capturar el escape del buque para su tratamiento
caracterizado por que
el sistema de captura de emisiones (102) incluye un ducto telescópico (106) que tiene dos extremos,
teniendo el ducto telescópico (106) secciones telescópicas de diferente diámetro para permitir que las diversas secciones telescópicas se ajusten dentro de otra de manera telescópica, y
donde un extremo del ducto telescópico (106) está adaptado para extenderse al buque para capturar el escape del buque y el otro extremo del ducto telescópico (106) está adaptado para conectarse a la entrada de escape (132) del sistema de control de emisiones (104).
2. El sistema de reducción de emisiones (100) de la reivindicación 1, que comprende, además:
el alojamiento (120);
donde el sistema de control de emisiones (104) incorpora un alojamiento de filtro (142) para limpiar el aire retirando ciertos niveles de contaminantes en el escape del buque.
3. El sistema de reducción de emisiones (100) de la reivindicación 1 o 2, donde
el sistema de control de emisiones (104) está montado sobre un chasis o sobre una barcaza (122), y/o el sistema de captura de emisiones (104) incluye una grúa telescópica (112) que extiende el ducto telescópico (106) hasta el buque para capturar el escape del buque, y/o
donde la grúa telescópica (112) incluye un bloque de gancho (310).
4. El sistema de reducción de emisiones (100) de la reivindicación 2 o 3, donde el sistema de control de emisiones (104) incorpora un reactor primario y un reactor secundario para tratar las emisiones del escape del buque o incorpora un biorreactor de algas.
5. El sistema de reducción de emisiones (100) de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, donde el alojamiento de filtro (142) tiene al menos un filtro cerámico (144).
6. El sistema de reducción de emisiones (100) de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, donde el sistema de control de emisiones (104) incluye además un retén de residuos (148) colocado debajo del alojamiento de filtro (142) o incluye almacenamiento de amoníaco acuoso (128) y almacenamiento de sorbente seco.
7. El sistema de reducción de emisiones (100) de la reivindicación 1, donde el alojamiento (120) se ajusta sobre un chasis o barcaza móvil (122), y el ducto telescópico (106) puede retraerse o expandirse mediante una grúa telescópica (112).
8. El sistema de reducción de emisiones (100) de la reivindicación 7, donde el sistema de control de emisiones (104) incorpora un alojamiento de filtro (142).
9. El sistema de reducción de emisiones (100) de la reivindicación 1, donde el sistema de captura de emisiones (102) está configurado para capturar el escape del buque de la chimenea de escape del buque (103) para su tratamiento, estando el ducto telescópico (106) montado sobre una grúa telescópica (112) que tiene secciones telescópicas para mover el ducto telescópico sobre la chimenea de escape del buque (103) para capturar el escape emitido por la chimenea de escape, donde el ducto telescópico (106) incluye secciones telescópicas que se corresponden con las secciones telescópicas de la grúa telescópica (112), y el sistema de control de emisiones (104) tiene un alojamiento de filtro (142) para la limpieza del aire mediante la retirada de ciertos niveles de contaminantes en el escape del buque.
10. El sistema de reducción de emisiones (100) de la reivindicación 1, donde el ducto telescópico (106) es un ducto de entrada telescópico montado sobre una grúa (112) para mover el ducto de entrada sobre la chimenea de escape del buque (103) para capturar el escape emitido por la chimenea de escape,
incluyendo el sistema de control de emisiones (104), además:
un conjunto de ducto de servicios públicos (138) colocado entre la entrada de escape (132) y la salida de escape (152), donde la entrada de escape (132) es accesible desde el alojamiento (120) para conectarse al sistema de captura de emisiones (102) y donde la salida de escape (152) expulsa el escape del buque una vez tratado desde el alojamiento (120);
un alojamiento de filtro (142) conectado al ducto de servicios públicos (138) entre la entrada de escape (132) y la salida de escape (152) para tratar el escape de los buques, donde el alojamiento de filtro (142) recoge los depósitos del escape de motor diésel; y
un retén de residuos (148) para capturar los depósitos que caen del alojamiento de filtro (142).
11. El sistema de reducción de emisiones (100) de la reivindicación 10, donde el ducto de entrada (132) está montado sobre una grúa telescópica (112), y/o donde el sistema de control de emisiones (104) incorpora un reactor primario y un reactor secundario para tratar las emisiones de escape del buque.
12. El sistema de reducción de emisiones (100) de la reivindicación 10 u 11, donde
el sistema de control de emisiones (104) incorpora un biorreactor de algas, y/o
el alojamiento de filtro (142) incluye al menos un filtro cerámico (144), y/o
donde el retén de residuos (148) se coloca debajo del alojamiento de filtro (142), y/o
incluye además almacenamiento de amoníaco acuoso (128) y almacenamiento de sorbente seco.
13. Un método para permitir que los buques con motores diésel y salidas de escape logren reducciones de emisiones en el atraque, comprendiendo el método las etapas de:
(a) incorporar un sistema de control de emisiones (104) dentro de un alojamiento (120), teniendo el sistema de control de emisiones (104) una entrada de escape (132) para recibir el escape de motor diésel y una salida de escape (152), y
(b) conectar el sistema de control de emisiones (104) al escape de motor diésel del buque mediante un ducto telescópico (106) que tiene secciones telescópicas de diferente diámetro para permitir que las diversas secciones telescópicas se ajusten dentro de otra de manera telescópica, donde el ducto telescópico (106) se conecta directamente a la entrada de escape (132) del sistema de control de emisiones (104) y captura y transporta el escape diésel del buque al sistema de control de emisiones, donde el escape pasa a través del sistema de control de emisiones (104) para emitir aire conforme a las regulaciones desde la salida de escape (152) del sistema de control de emisiones.
14. El método de la reivindicación 13, donde el sistema de control de emisiones (104) opera continuamente mientras está conectado al motor diésel del buque cuando el buque está en el atraque.
15. El método de la reivindicación 13 o reivindicación 14, que comprende, además, las etapas de:
proporcionar un sistema de captura de emisiones (102) para capturar el escape del buque de la chimenea de escape del buque (103) para su tratamiento, incluyendo el sistema de captura de emisiones (102) el ducto telescópico (106 ), estando el ducto telescópico (106) montado en una grúa telescópica (112) capaz de extender o retraer el ducto telescópico (106) sobre la chimenea de escape del buque (103) para capturar el escape emitido por la chimenea de escape; chimenea (103); y
conectar el sistema de captura de emisiones (102) al sistema de control de emisiones (104) colocado dentro del alojamiento (120), teniendo el sistema de control de emisiones (104) un alojamiento de filtro (142) para limpiar el aire retirando ciertos niveles de contaminantes en el escape del buque.
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